6 sep. 2021
3 minuten
In een poging alle bureau’s ter wereld te bevrijden van hun wirwar aan oplaadsnoeren, hebben onderzoekers van de universiteiten van Michigan en Tokio een systeem ontwikkeld om veilig elektriciteit via de ether te leveren. Dit kan hele gebouwen veranderen in draadloze oplaadzones.
Onderzoeksauteur Alanson Sample (VS) zegt dat de technologie niet alleen telefoons en laptops ‘bevrijdt’, maar ook geïmplanteerde medische apparaten van stroom kan voorzien en nieuwe mogelijkheden biedt voor mobiele robotica in huizen en productiefaciliteiten. Het team werkt ook aan de implementatie van het systeem in ruimtes die kleiner zijn dan de grootte van een kamer, bijvoorbeeld een gereedschapskist die gereedschappen oplaadt die erin zijn geplaatst.
"Dit verhoogt echt de kracht van de alomtegenwoordige gecomputeriseerde wereld – je zou overal een computerin kunnen plaatsen zonder je ooit zorgen te hoeven maken over opladen of aansluiten," zei Sample. "Er zijn ook veel klinische toepassingen; de hartimplantaten van tegenwoordig hebben bijvoorbeeld een draad nodig die van de pomp door het lichaam naar een externe voeding loopt. Dit zou dat kunnen elimineren, het risico op infectie verminderen en de kwaliteit van leven van patiënten verbeteren."
Demonstratieruimte
Het team demonstreerde de technologie in een speciaal gebouwde aluminium testruimte van ongeveer 3 meter bij 3 meter. Ze voedden draadloos lampen, ventilatoren en mobiele telefoons die overal in de kamer stroom konden trekken, ongeacht de plaatsing van mensen en meubels.
Het systeem is volgens de onderzoekers een grote verbetering ten opzichte van eerdere pogingen tot draadloze oplaadsystemen, waarbij potentieel schadelijke microgolfstraling werd gebruikt of apparaten op speciale oplaadpads moesten worden geplaatst. In plaats daarvan gebruikt het een geleidend oppervlak op kamermuren en een geleidende pool om magnetische velden te genereren.
Apparaten benutten het magnetische veld met draadspoelen, die in elektronica kunnen worden geïntegreerd. De onderzoekers zeggen dat het systeem gemakkelijk kan worden opgeschaald naar grotere structuren zoals fabrieken of magazijnen, terwijl het nog steeds voldoet aan de bestaande veiligheidsrichtlijnen voor blootstelling aan elektromagnetische velden.
"Zoiets zou het gemakkelijkst te implementeren zijn in nieuwbouw, maar ik denk dat retrofits ook mogelijk zijn", zegt Takuya Sasatani (Tokyo). "Sommige commerciële gebouwen hebben bijvoorbeeld al metalen kolommen en het zou mogelijk moeten zijn om een geleidend oppervlak op muren te spuiten, misschien vergelijkbaar met hoe getextureerde plafonds worden gedaan."
Wel laden, niet koken
Cruciaal om het systeem te laten werken, was het bouwen van een resonerende structuur die een magnetisch veld ter grootte van een kamer kan leveren en tegelijkertijd schadelijke elektrische velden uitsluit, die biologische weefsels kunnen verwarmen. Het team loste dit op met geconcentreerde condensatoren (lumped capacitators). Geplaatst in holtes in de muur, genereren ze een magnetisch veld dat door de kamer resoneert, terwijl ze elektrische velden in de condensatoren zelf opsluiten. Dit overwint een beperking van eerdere draadloze voedingssystemen, die beperkt zijn tot het leveren van grote hoeveelheden stroom over een paar millimeter of zeer kleine hoeveelheden stroom over lange afstanden.
Vlinders vangen
Een tweede hindernis was het genereren van een magnetisch veld dat elke hoek van de kamer bereikt – magnetische velden hebben de neiging om in cirkelvormige patronen te reizen en dode hoeken te creëren in een vierkante kamer. Bovendien moeten ontvangers op een specifieke manier worden uitgelijnd met het veld om stroom te trekken.
"Stroom uit de lucht trekken met een spoel, lijkt veel op vlinders vangen met een net," zegt Sample. "De truc is om zoveel mogelijk vlinders in zoveel mogelijk richtingen door de kamer te laten dwarrelen. Op die manier vang je altijd wel iets, waar je net ook is of in welke richting het ook wijst."
Om dat mogelijk te maken, genereert het systeem twee afzonderlijke, 3D-magnetische velden. De ene reist in een cirkel rond de centrale paal van de kamer, terwijl de andere in de hoeken wervelt en tussen aangrenzende muren beweegt. Deze aanpak elimineert dode hoeken.
Tests met anatomische dummies toonden aan dat het systeem ten minste 50 watt vermogen kon leveren op elke plek in de kamer zonder de FCC-richtlijnen voor blootstelling aan elektromagnetische energie te overschrijden. Sample zei echter dat het waarschijnlijk mogelijk zal zijn om hogere niveaus van vermogen te leveren met verdere verfijning van het systeem.
Anderen lazen ook
